Детектор излучения прямого преобразования

Группа изобретений относится к детектору излучения прямого преобразования. Детектор излучения прямого преобразования содержит слой прямого преобразования, содержащий материал прямого преобразования для прямого преобразования падающего излучения от источника излучения в пары электрон-дырка, первый электрод, установленный на слое прямого преобразования обращенным к источнику излучения, второй электрод, установленный на противоположной стороне слоя прямого преобразования относительно первого электрода, средство для приложения электрического потенциала между первым электродом и вторым электродом, при этом материал прямого преобразования содержит гранат с составом Z₃(Al_xGa_y)₅O₁₂:Ce, в котором Z представляет собой Lu, Gd, Y, Tb или их сочетания и в котором y равен или больше x; и, предпочтительно, Z содержит Gd. Технический результат – повышение спектральной чувствительности детектора. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в целом относится к детектору излучения прямого преобразования, к способу радиационной визуализации и системе визуализации.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сцинтилляторы широко используются в качестве детекторов для спектроскопии рентгеновских лучей и гамма-лучей. Падающее ионизирующее излучение поглощается сцинтиллятором, который повторно испускает фотон с другой (например, видимой) длиной волны, который затем в фотодатчике, таком как фотодиод, лавинный фотодиод или кремниевый фотоумножитель, может быть использован для генерирования электронного сигнала, который может быть впоследствии обработан для визуализации данных. Детекторы излучения на основе сцинтилляторов обычно используют, например, в медицинской визуализации, в сканировании для обеспечения безопасности или в астрофизике. Важные свойства для сцинтилляционных кристаллов, используемых в этих применениях, включают в себя высокий световой выход, высокую эффективность торможения гамма-излучения, быстрый отклик, низкую стоимость, хорошую соразмерность и минимальное послесвечение. В настоящее время существует постоянный интерес к новым сцинтилляционным материалам, которые обладают этими свойствами. В частности, гранаты представляют собой группу материалов, которые, как было показано, представляют интерес для использования в качестве сцинтилляционного материала.

Гранат представляет собой неорганический кристаллический материал, во многих случаях содержащий состав смешанного оксида, содержащий Gd, Lu, Al и/или Ga. Часто для повышения светового выхода при рентгеновском облучении включают примеси, такие как церий, который образует центр излучения, как, например, известно из заявки на Патент США US2012/0223236A1.

Обнаружение рентгеновского или гамма-излучения с помощью сцинтилляторов является способом непрямого обнаружения, поскольку он требует наличия фотодатчика для обнаружения света, испускаемого сцинтиллятором. Недостатком такого способа непрямого обнаружения являются (высокие) потери энергии, вызванные двумя этапами: это потери при преобразовании излучения в свет, а затем в фотодиоде - в электроны. Из-за получаемого (относительно) низкого числа электронов в фотодатчиках разрешение по энергии в детекторе ограничено.

Альтернативный способ для обнаружения излучения представляет собой прямое обнаружение. В нем используется полупроводник для прямого преобразования энергии поглощенных фотонов рентгеновского излучения или гамма-излучения в электронно-дырочные пары. Электроны могут быть обработаны с образованием электронного сигнала без использования, а следовательно, и без вышеупомянутых потерь, связанных с дополнительным функциональным слоем. Наиболее широко используемыми материалами для прямого преобразования в детекторах излучения прямого преобразования являются теллурид кадмия (CdTe) или теллурид кадмия-цинка (CZT). При работе в так называемом режиме счета фотонов это позволяет измерять энергию каждого кванта излучения, поглощаемого с намного более высоким разрешением по энергии (спектральной чувствительностью). Эта спектральная информация очень важна для улучшения разрешения и качества изображения, например, для диагностики. В WO2014/032874A1 раскрыт гибридный фотодиод с органическим слоем прямого преобразования с диспергированными в нем наполнителями в виде сцинтилляционного граната. Однако эти материалы обычно представляют собой монокристаллы, которые очень сложно изготовить, а, следовательно, являются дорогими. Также, является достаточно сложным видоизменить эти материалы для оптимизации или настройки их свойств для различных систем детекторов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления согласно настоящему изобретению направлены на детектор излучения прямого преобразования, содержащий слой прямого преобразования, содержащий материал прямого преобразования для прямого преобразования падающего излучения от источника излучения, в пары электрон-дырка; и первый электрод, установленный на слое прямого преобразования обращенным к источнику излучения; и второй электрод, установленный на противоположной стороне слоя прямого преобразования относительно первого электрода; и средство для приложения электрического потенциала между первым электродом и вторым электродом. Материал прямого преобразования содержит гранат. Гранат обладает составом Z₃(Al_xGa_y)₅O₁₂:Ce, в котором Z представляет собой Lu, Gd, Y или Tb (или их сочетания), и в котором y равен или больше x; и, предпочтительно, Z содержит Gd.

В другом предпочтительном варианте осуществления второй электрод является пиксельным.

В другом предпочтительном варианте осуществления детектор содержит фотодатчик, установленный за вторым электродом относительно слоя прямого преобразования, для преобразования видимого света, образованного в слое прямого преобразования, в электронный сигнал, причем второй электрод является прозрачным для видимого света, и причем гранат имеет состав Z₃(Al_xGa_y)₅O₁₂:Ce, в котором Z представляет собой Lu, Gd, Y, Tb или их сочетания, и в котором y равен или больше x; и, предпочтительно, Z содержит Gd.

В другом предпочтительном варианте осуществления детектор содержит интегральную схему для обработки электронных сигналов, сгенерированных в детекторе излучения прямого преобразования.

В другом предпочтительном варианте осуществления детектор содержит интегральную схему для обработки электронных сигналов, сгенерированных в детекторе излучения прямого преобразования.

В другом предпочтительном варианте осуществления детектор содержит прозрачный слой повторной трассировки для повторной трассировки каждого пикселя пиксельного электрода на интегральную схему.

Другие варианты осуществления согласно настоящему изобретению направлены на создание способа визуализации излучения с использованием детектора прямого преобразования согласно настоящему изобретению.

Особо интересный вариант осуществления способа визуализации излучения, в котором источник излучения представляет собой распадающийся радиоактивный материал, содержит обнаружение двух одновременно образованных фотонов гамма-излучения по меньшей мере детектором излучения; определение разности во времени обнаружения между двумя одновременно образовавшимися фотонами; генерирование временной метки на основании определенной разности во времени обнаружения, причем этап генерирования первого электронного сигнала включает в себя использование сгенерированной временной метки в качестве входного сигнала.

Другие варианты осуществления согласно настоящему изобретению направлены на систему визуализации, содержащую детектор прямого преобразования согласно настоящему изобретению.

Еще другие аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения должны быть учтены специалистами в области техники при прочтении и понимании следующего подробного описания. Многочисленные дополнительные преимущества и выгоды станут ясными обычному специалисту в данной области техники при прочтении следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение проиллюстрировано чертежами, из которых:

Фигура 1 показывает схематическое представление для разъяснения принципа обнаружение с прямым преобразованием с помощью пиксельного детектора излучения прямого преобразования.

Фигура 2 показывает схематическое представление первого варианта осуществления детектора излучения прямого преобразования согласно настоящему изобретению.

Фигура 3 показывает схематическое представление второго варианта осуществления детектора излучения прямого преобразования согласно настоящему изобретению.

Фигура 4 показывает схематическое представление пиксельного электрода детектора излучения прямого преобразования согласно настоящему изобретению.

Фигура 5 показывает блок-схему способа визуализации излучения согласно настоящему изобретению.

Фигура 6 показывает блок-схему гибридного способа визуализации излучения согласно настоящему изобретению на основе Фиг. 5 с дополнительными этапами.

Фигура 7 показывает блок-схему способа визуализации излучения, в котором источник излучения представляет собой распадающийся радиоактивный материал согласно настоящему изобретению.

Изобретение может приобретать форму с различными компонентами и расположениями компонентов, а также с различными технологическими операциями и схемами расположения технологических операций. Чертежи приведены лишь в целях иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления, и их не следует рассматривать как ограничивающие изобретение. Для лучшей наглядности определенные признаки могут быть опущены, или размеры могут быть приведены не в масштабе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фигура 1 показывает очень схематичное изображение известного принципа обнаружения излучения прямого преобразования. Этот принцип и изобретение проиллюстрированы с использованием рентгеновского (X) и гамма-излучения (ϒ), но концепция может быть верна и для любого другого типа излучения, которое может быть непосредственно преобразовано в электронные сигналы слоем прямого преобразования.

На Фигуре 1 показано несколько основных слоев детектора 1 излучения прямого преобразования. Объем детектора 1 образован слоем 11 прямого преобразования, содержащим материал прямого преобразования. Материал 11 прямого преобразования может быть образован из монокристаллического полупроводникового материала, который является материалом с собственной проводимостью или имеет полностью обедненную p-i-n-структуру (из-за электрических контактов). Cd_xZn_1-xTe (теллурид кадмия-цинка, обычно сокращаемый до CZT) является подходящим известным полупроводниковым материалом. Также в качестве материала прямого преобразования часто используют теллурид кадмия (CdTe). Слой 11 прямого преобразования помещают между первым электродом (катодом) 12 и вторым электродом (анодом) 13, причем первый электрод обращен в направлении, с которого может испускаться излучение x, ϒ к детектору 1 излучения. Первый электрод 11 и второй электрод 12 подключают к источнику 14 электроэнергии (или к более чем к одному источнику). Первый электрод 11 удерживают при отрицательном потенциале смещения, тогда как второй электрод 12 удерживают при меньшем потенциале отталкивания (обычно при положительном притяжении). Первый электрод 12 образует непрерывный слой на слое 51 материала прямого преобразования и, как правило, является прозрачным для фотонов x, ϒ с энергетическим уровнем, обнаруживаемым детектором 1 излучения. Второй электрод 13 находится на противоположной стороне слоя 11 прямого преобразования и обычно бывает разбит на ряд или сетку пиксельных детекторов 131.

Когда фотон x, ϒ проходит через первый электрод 12 и проникает в слой 11 материала прямого преобразования, фотон x, ϒ взаимодействует с материалом прямого преобразования с образованием многочисленных пар электрон-дырка. Положительно заряженные дырки дрейфуют к сильно отрицательно заряженному первому электроду 12, тогда как отрицательно заряженные электроны дрейфуют к более положительно заряженному второму электроду 13. Когда электроны приближаются ко второму электроду 13, в каждом пикселе детектора 131 индуцируется сигнал, который поле его улавливания указывает на подсчет электронов, которые приблизились к этому конкретному пикселю 131 электрода. Этот сигнал может быть затем дополнительно обработан блоками обработки и, в конце концов, отображен на блоке отображения для пользователя в качестве читаемой информации или в качестве реконструированного изображения исследуемого объекта или его части.

Фигура 2 показывает схематическое изображение варианта осуществления детектора 1 излучения согласно настоящему изобретению. Этот вариант осуществления содержит те же элементы, что и в варианте, показанном на Фигуре 1, но в этом случае слой 11 прямого преобразования содержит гранат в качестве материала прямого преобразования. Материал прямого преобразования может быть изготовлен полностью или по меньшей мере в основном из граната. Используемый гранат действует тем же образом, что и материал прямого преобразования, как было описано ранее: когда фотон X, ϒ поглощается в гранате, образуются пары электрон-дырка, которые переносятся, соответственно, ко второму электроду 13 и к первому электроду 12. Электронный сигнал, указывающий на подсчет электронов для каждого пикселя детектора 131, отправляется на интегральную схему 15, которая имеет электрическое соединение со вторым электродом 13 для преобразования электронных сигналов в данные изображения. В этом варианте осуществления интегральная схема 15 непосредственно установлена на втором электроде 13, но она также может быть размещена вне второго электрода 13.

Большинство типов гранатов, которые не демонстрируют очень низкое (или предпочтительно полностью отсутствующее) излучение фотолюминесценции под действием ионизирующего излучения, являются подходящими для использования в контексте настоящего изобретения. Открытием настоящего изобретения является то, что гранаты, в частности, нелюминесцентные или слабо люминесцентные гранаты, фактически могут быть использованы в качестве материалов прямого преобразования. Обычно гранаты используются в области обнаружения излучения, благодаря их хорошим свойствам фотолюминесценции, которые могут быть вредными для эффективности, в качестве материалов прямого преобразования, и поэтому специалисты в области техники не предполагают использовать гранаты, которые им известны, в качестве материала прямого преобразования. Примерами особо подходящих материалов гранатов являются гранаты на основе алюминия (Al)-галлия (Ga), легированного церием (Ce) с составом Z₃(Al_xGa_y)₅O₁₂:Ce, в которых Z выбран из лютеция (Lu), гадолиния (Gd), иттрия (Y) или тербия (Tb).

Преимущество, связанное с использованием гранатов вместо известных материалов прямого преобразования, таких как CdTe или CZT, состоит в том, что гранаты являются более дешевыми при изготовлении, они более разнообразны по типам и их можно настраивать для оптимизации свойств для определенной системы, что является другим открытием настоящего изобретения. Процесс изготовления гранатов позволяет настраивать свойства материала граната до достижения требуемой спецификации. Например, для гранатов, которые используются в качестве материалов непрямого сцинтиллятора, содержание церия регулируют для достижения максимального светового выхода и скорости. Для настоящего изобретения необходимо регулировать свойства материала граната таким образом, чтобы гранат можно было использовать для прямого преобразования. Необходимо ограничить как таковую рекомбинацию пар электрон-дырка и обеспечить возникновение разделения зарядов (что фактически противоположно тому, что требуется для материалов сцинтилляторов). Является предпочтительным, чтобы гранаты, используемые для настоящего изобретения, не демонстрировали люминесценции, поскольку это ведет к потерям процесса прямого преобразования. Поскольку, как правило, нелегированные материалы демонстрируют испускание, зависящее от решетки (например, из-за самозахваченных экситонов), предпочтительно, используются гранаты, легированные Ce³⁺, в которых возбужденный ион Ce³⁺ ионизируется до Ce⁴⁺, выделяя электрон в зону проводимости, который подсчитывается. В гранатах, используемых применительно к настоящему изобретению, дырки захватываются ионами Ce³⁺. Такая ионизация ионов Ce³⁺ особенно видна в гранатах, которые имеют низкое энергетическое расстояние между состояниями возбужденного d-уровня ионов Ce³⁺ и зоной проводимости. Из литературы известно, что Al-Ga гранаты легированные Gd, Lu или Y с содержанием галлия большим, чем содержание алюминия особенно склонны к ионизации ионов Ce³⁺. Как таковые, составы, описанные формулой (Lu,Gd,Y,Tb)₃(Al_xGa_y)₅O₁₂:Ce, с содержанием Ga, большим или равным содержанию Al (y≥x), являются гранатами, представляющими особый интерес в качестве прямых преобразователей в контексте настоящего изобретения. Состав можно регулировать таким образом, чтобы можно было выявлять, как люминесценцию, так и прямое преобразование. При надлежащем исполнении, общая величина полученного сигнала повышается, и можно получить улучшенное качество изображений.

Кроме того, гранаты в ходе их изготовления спекаются, и упомянутый этап спекания необходимо выполнять таким образом, чтобы границы зерен были ограниченными, для предотвращения возникновения проводящих дорожек и примесных центров. Это требование аналогично и для существующих систем на основе гранатов для непрямой сцинтилляции, поскольку минимизация дефектов сдерживает рекомбинацию и повышает световой выход. Спекание обычно осуществляют при температурах выше 1600°C, предпочтительно, в температурном диапазоне от 1650°C до 1780°C, наиболее предпочтительно, в температурном диапазоне от 1675°C до 1750°C в вакууме. Поскольку гранаты можно получать с использованием процессов спекания в керамической форме, гранаты, используемые в настоящем изобретении, будут значительно более дешевыми, чем обычные прямые преобразователи на основе CZT/CdTe, которые применяются в виде монокристалла. Более того, многие составы керамических гранатов уже доступны, и еще разрабатываются и синтезируются новые типы, которые дают возможность осуществлять тонкую регулировку многих существенных параметров, таких как отношение прямой и непрямого преобразования, прерывания энергетического спектра и спектра испускания Ce³⁺. Этот является значительно более сложным, если не невозможным для монокристаллов.

Фигура 3 показывает еще один вариант осуществления детектора излучения согласно настоящему изобретению, который сочетает в себе обнаружение с прямым и непрямым преобразованием. Как и для ранее описанного варианта осуществления слой 11 прямого преобразования содержит гранат. Однако в этом случае гранат представляет собой гранат, выбранный из сцинтилляционных гранатов, которые в настоящее время используются для непрямого обнаружения. Например, гранат, в котором y предпочтительно составляет от 0,4 до 0,6, более предпочтительно, y составляет примерно 0,5 (например, Gd₃Al_2,5Ga_2,5O₁₂:Ce). Термин «примерно» означает, что в контексте настоящей заявки величина свойства может на практике несколько меняться, например, на 10% в любом направлении. Эти высоко эффективные группы гранатов используются в известных сцинтилляторах. Другим хорошим вариантом (сам по себе или в сочетании с упомянутыми ранее типами) может быть гранат, в котором Z содержит Gd и Lu с соотношением Gd:Lu примерно 2:1. Эти гранаты являются особо подходящими для использования в визуализации ПЭТ. Как и для обычных непрямых детекторов фотодатчик 16, такой как фотодиод, лавинный фотодиод или кремниевый фотоумножитель, помещают между слоем 11 прямого преобразования и интегральной схемой 15. Второй электрод 13 помещают между слоем 11 прямого преобразования и фотодатчиком 16. Это расположение является гибридным между детектором непрямого преобразования (который не имеет первого электрода 12 и второго электрода 13) и детектором прямого преобразования (который не имеет фотодатчика 16). Это расположение позволяет источнику 14 электроэнергии прикладывать электрическое поле к слою прямого преобразования для разделения части пар электрон-дырка (прямое преобразование), тогда как другие рекомбинируют с генерированием видимого света (сцинтилляция).

Видимый свет, сгенерированный в слое 11 прямого преобразования, направляется к фотодиоду, где он преобразуется во второй электронный сигнал. По этой причине второй электрод 13 должен быть прозрачным для подходящего спектра видимого света, чтобы не препятствовать прохождению видимого света к детектору прямого преобразования. Прозрачный второй электрод 13 может содержать известные материалы для прозрачных электродов, такие как, например, оксид индия-олова (ITO) или оксид цинка, легированный алюминием (ZnO:Al).

Непосредственно преобразованные разделенные пары электрон-дырка накапливаются вторым пиксельным электродом 13 и преобразуются интегральной схемой 15 в спектральную информацию о поглощенном кванте рентгеновского излучения. Фигура 4 показывает вид сверху второго электрода 13 с сеткой прозрачных пикселей 131. В этом варианте осуществления второй электрод 13 электрически соединен с интегральной схемой 15 гибким электрическим соединительным средством 132, но специалисты в данной области техники также могут предусмотреть другое известное средство соединения. Для подключения прозрачного второго пиксельного электрода 13 необходимо нанести слои повторной трассировки (не показаны), для повторной трассировки каждого одиночного пикселя на электронные устройства. Также, материалы для повторной трассировки должны быть прозрачными, для проводящих проводов могут быть использованы материалы, аналогичные материалам для электродов, а для слоя изоляции могут быть использованы такие материалы, как например, диоксид кремния (SiO₂) или нитрид кремния (Si₃N₄).

В гибридных вариантах осуществления, в таких как детектор излучения, показанных на Фигуре 3, получают по меньшей мере два отдельных электронных сигнала, указывающих на обнаруженное излучение, которые можно использовать по отдельности или в сочетании с получением дополнительных и/или улучшенных данных изображения, которые будут лучше помогать пользователю анализировать сканируемый объект, например, позволяя врачу обеспечить более подробный и/или улучшенный диагноз обследуемого пациента. При подсчете, как числа фотонов, так и числа электронов получают больший сигнал. Этот эффект основан на том, что до достижения испускания иона Ce³⁺ заряды всегда проходят конечное расстояние через материал преобразования. Соотношение между прямым и непрямым преобразованием можно настроить, например, через концентрацию Ce³⁺, а также через энергию ионизации Ce³⁺, которая, в свою очередь, может быть настроена путем изменения состава кристаллической решетки основы, для которой требуются керамические изделия, а не монокристаллы.

Повышенный сигнал непрямого преобразования получают при выборе высокой концентрации Ce³⁺ (при отсутствии концентрации тушения) и высокой энергии ионизации ионов Ce³⁺ в возбужденном состоянии.

Детектор излучения согласно настоящему изобретению является особо подходящим для рентгеновской визуализации и визуализации для компьютерной томографии (КТ), в частности, визуализации для спектральной КТ, при которой рентгеновское излучение испускается из источника излучения к детектору излучения. Настоящее изобретение также подходит для использования в любой другой системе визуализации для изображения объекта, которая использует излучение, которое может быть непосредственно преобразовано в электронную систему слоем прямого преобразования, таким как устройство визуализации для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) или устройство визуализации для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) или сочетания различных типов изображений.

Особый интерес представляет использование гибридного прямого-непрямого детектора излучений согласно настоящему изобретению, аналогично варианту осуществления, отображенному на Фигуре 3, при времяпролетной визуализации ПЭТ. При визуализации ПЭТ детектор излучения обнаруживает гамма-фотоны, испущенные вследствие радиоактивного распада радиоактивного индикатора, который ранее был введен в сканируемый объект (например, орган пациента), для получения данных трехмерного изображения упомянутого объекта. При времяпролетной визуализации ПЭТ может быть определена разница во времени между обнаружением посредством пары детекторов двух одновременно сформированных гамма-фотонов. Эту информацию можно затем использовать для более точной локализации точки возникновения события аннигиляции, которое вызвало испускание фотона. Времяпролетная ПЭТ нуждается в высокой временной точности замера времени для точного измерения местоположения центра испускания фотона на линии ответа. При наличии гибридного прямого-непрямого детектора излучения согласно настоящему изобретению процесс непрямого преобразования используют для обеспечения отметки времени в ПЭТ. Испускание фотонов из гранатов - это очень быстрый процесс, который делает его подходящим для времяпролетной ПЭТ. Дополнительно, электрическое поле отделяет часть сгенерированных пар электрон-дырка для прямого обнаружения. Поскольку временная отметка уже теперь известна из процесса непрямого преобразования, скорость процесса прямого преобразования становится менее важной, что, таким образом, ослабляет требования для материала и системы прямого преобразования. Однако, поскольку число электронов, полученных из процесса прямого преобразования, связано с энергией поглощенного излучения, спектральная информация также может быть получена из процесса прямого преобразования с высоким разрешение по энергии. Это позволяет получать систему визуализации с разрешением по времени времяпролетной ПЭТ в сочетании со спектральной информацией о рентгеновской или КТ-визуализации, предусматривающую даже более точный анализ сканируемого объекта, что приводит, например, к еще более улучшенному диагнозу для пациента.

Настоящее изобретение также обеспечивает другое преимущество, в частности, для визуализации ПЭТ. Тушение люминесценции снижает выход света, а также время затухания, но в основном соотношение между ними двумя остается одним и тем же. Так, картина оценки для разрешающего времени совпадений (CRT) в ПЭТ остается тем же самым. Поскольку в случае настоящего изобретения связь между разрешающим временем совпадений и подсчетом (для разрешения по энергии) нарушена, то теперь, в случае ПЭТ имеется больше времени для подсчета. Поэтому, задачи для достижения CRT и разрешения по энергии могут быть распределены между сцинтилляцией и подсчетом. Поскольку время затухания испускания фотонов в гранатах достаточно велико (из-за захвата зарядов), это становится технически реализуемым решением для измерения фотопроводимости, поскольку ток может быть уже измерен до возникновения захвата зарядов, тогда как испускание захваченных зарядов и зарядов, которые только будут захвачены, происходит после того, как заряды были высвобождены. Испускание фотонов должно быть погашено на по меньшей мере 50%, но более предпочтительно, на по меньшей мере 90%.

Фигура 5, которая включает в себя лишь все, что находится слева от пунктирной линии, показывает схематическое изображение способа визуализации излучения согласно настоящему изобретению. На этапе 501 излучение из источника, например, рентгеновское излучение или гамма-излучение, испускается к детектору излучения прямого преобразования согласно настоящему изобретению, так что в слое прямого преобразования содержится гранат. На этапе 502 в слое прямого преобразования падающие фотоны преобразуются в носители заряда (в данном варианте осуществления - электроны и дырки). На этапе 504 генерируется первый электронный сигнал, указывающий на число обнаруженных носителей заряда (подсчет фотонов). На этапе 505 данные изображения генерируются на основании первого электронного сигнала. На этапе 506 данные изображения отображаются для пользователя, например, в виде двух- или трехмерных изображений.

На Фигуре 6 изображен схематический обзор гибридного способа визуализации излучения согласно настоящему изобретению и включает в себя все этапы с Фиг. 5, а также все этапы справа от пунктирной линии. Прямое преобразование возникает аналогично тому, как это было описано для этапов 502, 504 и 505 с Фиг. 5. Параллельно, на этапе 602, часть падающих фотонов вызывают фотолюминесценцию в гранате, который затем испускает фотоны на другой длине волны, обычно в видимой области спектра. На этапе 603 фотоны, сгенерированные в гранате, затем преобразуются в электроны в фотодатчике. На этапе 604 генерируется второй электронный сигнал, указывающий на число обнаруженных носителей заряда. На этапе 505 данные изображения теперь генерируются на основании как первого, так и второго электронного сигнала. Данные одного изображения могут быть генерированы на основании обоих сигналов и/или двух различных комплектов данных изображения на основании каждого из сигналов. Как и для Фигуры 5, данные изображения отображаются для пользователя на этапе 506.

На Фигуре 7 изображен схематический обзор конкретного варианта осуществления гибридного способа визуализации излучения согласно настоящему изобретению, в котором источник излучения представляет собой распадающийся радиоактивный материал, например, радиоактивную метку в объекте. На этапе 701 радиоактивную следовую метку обнаруживают с помощью детектора излучения согласно настоящему изобретению, который также имеет опцию непрямого обнаружения. На этапе 702 временную метку определяют по фотонам непрямого преобразования. На этапе 703 спектральную информацию определяют по фотонам прямого преобразования. На этапе 704 данные изображения генерируют по спектральной информации и с использованием временной метки. На этапе 705 данные изображения отображают для пользователя.

Тогда как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

Другие разновидности раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в области техники при реализации заявленного изобретения из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а единственное число не исключает наличия множественности. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких объектов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что определенные меры перечислены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что нельзя успешно использовать сочетание этих мер.

1. Детектор (1) излучения прямого преобразования, содержащий:

- слой (11) прямого преобразования, содержащий материал прямого преобразования для прямого преобразования падающего излучения от источника излучения в пары электрон-дырка;

- первый электрод (12), установленный на слое прямого преобразования обращенным к источнику излучения;

- второй электрод (13), установленный на противоположной стороне слоя прямого преобразования относительно первого электрода; и

- средство (14) для приложения электрического потенциала между первым электродом и вторым электродом,

характеризующийся тем, что материал прямого преобразования содержит гранат с составом Z₃(Al_xGa_y)₅O₁₂:Ce, в котором Z представляет собой Lu, Gd, Y, Tb или их сочетания и в котором y равен или больше x; и, предпочтительно, Z содержит Gd.

2. Детектор излучения прямого преобразования по п. 1, причем второй электрод является пиксельным.

3. Детектор излучения прямого преобразования по п. 1 или 2, дополнительно содержащий фотодатчик (16), установленный за вторым электродом относительно слоя прямого преобразования, для преобразования видимого света, образованного в слое прямого преобразования, в электронный сигнал, причем второй электрод (13) является прозрачным для видимого света, и причем y предпочтительно составляет от 0,4 до 0,6, более предпочтительно y составляет примерно 0,5, и/или причем гранат предпочтительно представляет собой гранат, в котором Z содержит Gd и Lu с соотношением Gd:Lu примерно 2:1.

4. Детектор излучения прямого преобразования по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий интегральную схему (15) для обработки электронных сигналов, сгенерированных в детекторе излучения прямого преобразования.

5. Детектор излучения прямого преобразования по п. 4, дополнительно содержащий прозрачный слой повторной трассировки для повторной трассировки каждого пикселя пиксельного электрода на интегральную схему.

6. Способ визуализации излучения, содержащий этапы:

- испускание (501) пучка излучения из источника излучения;

- обнаружение (502) испущенного пучка излучения детектором излучения прямого преобразования по любому из пп. 1-5;

- генерирование (504) первого электронного сигнала, указывающего на число обнаруженных носителей заряда, сгенерированных в слое прямого преобразования.

7. Способ визуализации излучения по п. 6, причем детектор излучения прямого преобразования представляет собой детектор (1) излучения прямого преобразования по п. 3, а первый электронный сигнал генерируют для каждого пикселя (131) детектора второго пиксельного электрода (13).

8. Способ визуализации излучения по п. 6, причем детектор излучения прямого преобразования представляет собой детектор (1) излучения прямого преобразования по п. 3, дополнительно содержащий этап:

- генерирование (604) второго электронного сигнала, указывающего на число обнаруженных электронов, сгенерированных в фотодатчике (16).

9. Способ визуализации излучения по п. 7, причем источник излучения представляет собой распадающийся радиоактивный материал, дополнительно содержащий следующие этапы:

- обнаружение (701) двух одновременно образовавшихся фотонов по меньшей мере детектором излучения;

- определение разности во времени обнаружения между двумя одновременно образовавшимися фотонами;

- генерирование временной метки (702) на основании определенной разности во времени обнаружения,

причем этап генерирования первого электронного сигнала включает в себя использование сгенерированной временной метки в качестве входного сигнала.

10. Способ визуализации излучения по любому из пп. 6-9, дополнительно содержащий этап:

- генерирование (105) данных изображения на основании первого электронного сигнала.

11. Способ визуализации излучения по п. 8 или 9, дополнительно содержащий этапы:

- генерирование данных изображения (105) на основании первого электронного сигнала и второго электронного сигнала.

12. Способ визуализации излучения по п. 10 или 11, дополнительно содержащий этап:

- отображение (106) данных изображения.

13. Система визуализации, содержащая детектор (1) излучения прямого преобразования по любому из пп. 1-5.

14. Система визуализации по п. 13, выбранная из группы, содержащей устройство рентгеновской визуализации, устройство визуализации для компьютерной томографии, предпочтительно устройство визуализации для спектральной компьютерной томографии, устройство визуализации для двухфотонной эмиссионной томографии, предпочтительно устройство визуализации для времяпролетной позитронно-эмиссионной томографии, устройство визуализации для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии или их сочетания.